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地月空間，是從近地軌道、近月軌道向外拓展的新空域，距離地球最遠(yuǎn)可達(dá)200萬千米。相對于近地軌道空間，其三維空間范圍擴大上千倍。近日，一項新突破在地月空間實現(xiàn)——由中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項“地月空間DRO探索研究”部署研制的三顆衛(wèi)星在地月空間穩(wěn)定建立百萬公里級星間測量通信鏈路，點亮“地月燈塔”，標(biāo)志著我國已成功構(gòu)建國際首個地月空間三星星座。
其中，中國電科29所承擔(dān)了雙星星間測量通信載荷研制任務(wù)，攻克相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，助力地月空間三星星座構(gòu)建，對月球資源開發(fā)利用、人類地外長期駐留與跨行星活動、太陽系探索等均具有重要意義。
地月空間三星星座
瞄向DRO軌道，探索地月空間的天然太空港
多年來，地球軌道已被科學(xué)家研究得比較透徹。相比之下，由于受到地球、月亮以及太陽“三體”的引力影響，月球軌道不太穩(wěn)定，對其研究較少。
比如，要把人、設(shè)備等送到月球上去，就需要24小時不間斷地掌握他們精確的位置信息。當(dāng)前主要通過地面站觀測來推測航天器的位置，但無法支持航天器更加頻繁往返。因此，科學(xué)家將目光瞄向了遠(yuǎn)距離逆行軌道（DRO）。
DRO是地月空間中一類十分獨特的有界周期軌道族，距離地球約31萬到45萬公里、距離月球約7萬到10萬公里的軌道，順行繞地、逆行繞月，可以看作連接地球、月球和深空的交通樞紐，具有衛(wèi)星可以低能耗進(jìn)入、穩(wěn)定停泊、低能耗全域可達(dá)等優(yōu)點，是地月空間的天然太空港。
DRO雙星低能入軌
在研究地月空間布置設(shè)施方面，國際上主要有美國、歐洲、日本等國積極參與，目前取得的進(jìn)展相近。
“不同于別國，我國的思路是要構(gòu)建起從地表到深空的基礎(chǔ)設(shè)施。”業(yè)內(nèi)人士說。2022年，A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項“地月空間DRO探索研究”啟動實施，計劃構(gòu)建一個地月空間大尺度衛(wèi)星星座，探索DRO獨特性質(zhì)及應(yīng)用價值。
伽馬暴探測
構(gòu)建地月空間星座，關(guān)鍵是建立星間鏈路通信
所謂三星星座是由三顆衛(wèi)星構(gòu)成。其中DRO-L星繞地球太陽同步軌道運行，DRO-A星和B星的運行軌道分別為DRO軌道以及DRO共振軌道。
三顆星的相對位置實時在變，如何知道它們的確切位置？答案是：建立星間鏈路是系統(tǒng)核心。為此，29所相關(guān)團隊承擔(dān)了A、B雙星星間測量通信載荷研制任務(wù)。
測量的難點首先在于距離遠(yuǎn)，雙星間的最大距離達(dá)到了150萬公里；同時，雙星相對運動速度很快，尤其是B星在大尺度空間中“亂跑”，這些都增加了測量難度。
地月空間三星星座
為測準(zhǔn)時間，團隊利用了原子鐘，這也是目前測量時間最精確的工具。當(dāng)問到如果測不準(zhǔn)會有什么影響時，業(yè)內(nèi)人士指出，“給用戶提供的位置就不準(zhǔn)，不僅效率低，航天器運行成本也會增加。”讓團隊感到十分自豪的是，盡管走過了不少彎路，通過反復(fù)計算和實驗，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)。
這并不容易。“我們起步較晚，但走得快。”2015年起，團隊開始啟動相關(guān)研究，十年磨一劍，從低軌到深空，在測量通信方面打下了堅實基礎(chǔ)。
天基測定軌
面向未來，科研團隊還需要建立從地表到深空的基礎(chǔ)設(shè)施，形成一整套測量測控體系，從而能夠更多、更好地服務(wù)于地月空間的各種各樣軌道的定軌、導(dǎo)航、授時，為我國將來開展大規(guī)模地月空間探索活動提供高效的解決方案。
